一種用于mimo-sar近場測量成像方位向旁瓣抑制的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信、微波成像、信號處理以及MIMO(Multi_Input Multi-Output)理 論和數(shù)學(xué)優(yōu)化求解問題的領(lǐng)域，具體涉及一種用于MMO-SAR近場測量成像方位向旁瓣抑 制的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有用于低可探測目標(biāo)電磁散射診斷的成像測量雷達(dá)主要包括采用轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)目 標(biāo)測量的逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR)和采用直線導(dǎo)軌機(jī)械掃描測量的合成孔徑雷達(dá)（SAR)成 像系統(tǒng)。對于真實低可探測目標(biāo)的散射特性診斷測量，ISAR成像需要構(gòu)建專用的目標(biāo)轉(zhuǎn) 臺和支撐系統(tǒng)，通過轉(zhuǎn)臺的機(jī)械旋轉(zhuǎn)合成成像孔徑，實現(xiàn)對目標(biāo)的方位高分辨率成像測量 [參考文獻(xiàn)1-3];直線導(dǎo)軌掃描SAR成像則需要構(gòu)建一段足夠長的精密導(dǎo)軌，目標(biāo)固定放置 于雷達(dá)視線前方，雷達(dá)則沿導(dǎo)軌作機(jī)械掃描以合成直線孔徑，從而實現(xiàn)對被測目標(biāo)的方位 高分辨率成像[參考文獻(xiàn)4]。
[0003] 由于轉(zhuǎn)臺ISAR成像設(shè)備需要建立復(fù)雜、精密且龐大的大型目標(biāo)轉(zhuǎn)臺，先進(jìn)國家已 裝備用于低可探測目標(biāo)使用現(xiàn)場目標(biāo)散射診斷成像的測量雷達(dá)均采用導(dǎo)軌掃描SAR體制。 此外，由于需要做機(jī)械旋轉(zhuǎn)或掃描，上述兩種測量體制的雷達(dá)對真實目標(biāo)進(jìn)行高分辨率診 斷成像時都需要耗費(fèi)很長的掃描測量時間，實時性差，且全套測量裝備比較龐大，難以實現(xiàn) 小型化，便攜性差。MIMO-SAR雷達(dá)近場成像測量系統(tǒng)是一種基于單雙站散射等效原理和多 輸入多輸出（ΜΙΜΟ)技術(shù)、可用于低可探測目標(biāo)使用維護(hù)現(xiàn)場高分辨率散射診斷和RCS評估 的合成孔徑新體制成像測量雷達(dá)（MMO-SAR)，該系統(tǒng)主要由可伸縮MMO天線陣列、雷達(dá)發(fā) 射/接收機(jī)、控制與處理計算機(jī)、可升降天線架以及全站儀等組成，其數(shù)據(jù)獲取時間相對前 兩種大大縮短，且具有小型化、便攜性等諸多優(yōu)勢。
[0004] 無論哪種類型的測量系統(tǒng)，旁瓣的抑制效果直接決定了成像測量系統(tǒng)的動態(tài)范圍 及整個系統(tǒng)的性能指標(biāo)。常用的旁瓣抑制方法有用變跡濾波法進(jìn)行旁瓣抑制[參考文獻(xiàn) 5]，優(yōu)化MIMO陣元位置來抑制旁瓣技術(shù)[參考文獻(xiàn)6] ,CLEAN算法進(jìn)行旁瓣抑制[7] [8]等， 這些方法在目前已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用，但是對于MMO-SAR雷達(dá)近場成像測量系統(tǒng)來說， 需要尋找新的旁瓣抑制方法，以增加系統(tǒng)的適用性。
[0005] 與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)分析如下：
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)一：變跡濾波技術(shù)抑制旁瓣[參考文獻(xiàn)5]
[0007] 基本思想：在旋轉(zhuǎn)目標(biāo)360°合成圓孔徑成像中，根據(jù)其核函數(shù)為Bessel函數(shù)J。， 設(shè)計一濾波器函數(shù)H (K)，對核函數(shù)進(jìn)行加權(quán)，然后進(jìn)行微波成像完成旁瓣抑制。
[0008] 算法計算過程：
[0009] 首先，確定變跡濾波器H(K)與點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)pH(r)的關(guān)系，
【主權(quán)項】
1. 一種用于MIMO-SAR近場測量成像方位向旁瓣抑制的方法，其特征在于：該方法 采用數(shù)學(xué)優(yōu)化算法-凸優(yōu)化算法，求解MIMO-SAR通道的最優(yōu)權(quán)值W mn，然后用最優(yōu)權(quán)值對 MIMO-SAR通道數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，實現(xiàn)方位向旁瓣抑制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于MIMO-SAR近場測量成像方位向旁瓣抑制的方法，其 特征在于：該方法的步驟具體為： 首先確定聚焦點(diǎn)的方位角Θ q，接著對MIMO-SAR各通道的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行相位補(bǔ)償，并對 各通道用wji行加權(quán)，最后進(jìn)行相干疊加，完成方位向Θ q的聚焦；其中，Θ q代表方位向第 q個米樣角度，[1，2,…，Q]，方位向最小米樣角度Q1，最大米樣角度0Q; 上述過程可以通過（8)式實現(xiàn)，為了求得加權(quán)系數(shù)將（8)式進(jìn)行整理，分離出加權(quán)系數(shù) Wmn得到（9)式，
其中，等式左側(cè)B為方位向點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，Θ為方位向聚焦點(diǎn)，Θ為散射中 C 心所在方位角，f為雷達(dá)頻率，C為光速，Rtdi為第m個發(fā)射陣元到散射中心的距離，R Kn為第 η個接收陣元到散射中心的距離，w"為第mn個觀測通道C mn的權(quán)值，
式（9)可以寫成： B = Aw (10) 其中，B為方位向點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，A為對各聚焦點(diǎn)Θ q的各通道數(shù)據(jù)進(jìn)行相位補(bǔ)償后的矩 陣，《為通道權(quán)值向量。將8分解為兩部分：主瓣中心位置1_=8(01^11)，其中，0 1]1_= Θ t，一般取Θ t= ο ;旁瓣區(qū)域B side，所包含區(qū)域為B中去除Bmain及其兩邊波束寬度所包含 的區(qū)域；因此可以將方位向點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)提取出兩部分，如下式，
其中，Aniain為矩陣A中與Bniain對應(yīng)的行向量組成的矩陣，Aside為矩陣A中與B side對應(yīng) 的行向量組成的矩陣； 理想PSF的主瓣幅度為1，所有旁瓣幅度為0,即：
通常情況下，式（12)沒有解，為了求得通道權(quán)值的最優(yōu)解，將其轉(zhuǎn)化為一個數(shù)學(xué)優(yōu)化 問題，描述如下：
subject to AsideW I I !< ε 其中，ε為旁瓣抑制水平； 式（13)的物理解釋為：將旁瓣水平限制在ε以下，ε為一個微小量，同時使主瓣盡可 能保持不變，從而求得最佳的通道權(quán)值w。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于MMO-SAR近場測量成像方位向旁瓣抑制的方 法，其特征在于：針對上述數(shù)學(xué)優(yōu)化問題采用凸優(yōu)化（Convex Optimization)方法求解， 具體的，一個集合內(nèi)的任意兩點(diǎn)的連線位于這個集合內(nèi)，該集合稱為凸集，凸集上的函數(shù) 糾/1.\- + (1-/1).1.〇</1^:) + (1-/1)河>'),〇5/^1.則供稱為凸函數(shù)；在凸集上使凸函數(shù)最小， 則其局部最小值就為全局最小值，通道最優(yōu)權(quán)向量W的求解公式（13)為凸集上的凸函數(shù)， 求其最小值即可求得最優(yōu)權(quán)值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于MIMO-SAR近場測量成像方位向旁瓣抑制的方法，該方法是對各通道數(shù)據(jù)加權(quán)來實現(xiàn)方位向旁瓣抑制，為了取得最優(yōu)的旁瓣抑制效果，必須找到最優(yōu)的通道權(quán)值向量wopt。wopt的求解過程如下：首先，將帶有通道權(quán)值w的回波數(shù)據(jù)在方位向聚焦的過程進(jìn)行分解，得到方位向點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)表達(dá)式B＝Aw；其次，根據(jù)理想點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)在主瓣處的值是1，旁瓣處的值是0，將向量w的求解轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)優(yōu)化問題；最后，采用數(shù)學(xué)優(yōu)化算法-凸優(yōu)化算法求解得到最優(yōu)通道權(quán)向量wopt，用最優(yōu)的通道權(quán)值進(jìn)行方位向旁瓣抑制的效果是最佳的。該方法既可用于求解均勻線性陣列，也可用于中間缺失陣元線陣的旁瓣抑制，同樣適用于直線導(dǎo)軌掃描SAR等成像中的旁瓣抑制。
【IPC分類】G01S13-90
【公開號】CN104635230
【申請?zhí)枴緾N201510097991
【發(fā)明人】劉永澤, 許小劍
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年3月5日